藏在泳池裡的物理教室 — 水波告訴我們的反射、干涉與惠更斯原理
我是科學訓練師桑子研。每天都是一場實驗。
只要低頭看看游泳池，你就會發現，眼前其實藏著課本裡學不到的「活生生物理世界」。波的反射、繞射、干涉……聽起來好像很難，但其實全都藏在水面擴散開來的一圈圈波紋裡。
這次，我把去年開始慢慢拍攝、累積下來的泳池波浪影片整理成了一篇文章，想跟大家一起感受日常生活中那些不可思議的波動現象。
以前我曾看過一部很有意思的DVD《隱藏在日常中的數學曲線》，從那之後，每次看著泳池水面，都會忍不住開始觀察：「原來波浪有這麼多種樣子啊！」
於是從去年開始，我就一直默默記錄這些奇妙的波。這次終於整理完成，如果你也對自然中的小秘密感興趣，歡迎一起看看。
D字形泳池裡，會出現什麼樣的波？
首先這段影片，是把木球丟進D字形泳池後產生波浪的模樣。
可以清楚觀察到，波浪碰到弧形牆面與直線牆面時，反射方式完全不同。
撞上圓弧牆面的波，就像光線被凹面鏡集中一樣，會朝著某一點慢慢聚集過去。而撞上平面牆壁的波，則會以和入射角相同的角度反彈回來。
這其實和光的反射定律一模一樣。
也因為如此，D字形泳池的設計非常巧妙——它能讓人同時觀察到兩種不同型態的反射現象。
線狀波浪與「惠更斯原理」
接著來看看這種線狀波。
按照惠更斯原理的想法，它其實可以看成「許多點波源排列在一起」。
所謂的惠更斯原理，是17世紀荷蘭科學家克里斯蒂安・惠更斯提出，用來解釋波如何傳播的重要概念。
他的想法是：
波面上的每一個點，都會成為新的小波源，並向外發出新的波。
而這些無數的小波彼此重疊後，就形成了下一瞬間的新波面。
當你盯著線狀波看久了，真的會有一種感覺：彷彿有一整排小小波源，同時「一、二、三！」一起往外發射波浪。
能在三百多年前想到這種觀念，真的會讓人忍不住佩服：「這根本是天才吧！」
瀑布旁邊，竟然出現像光柵一樣的條紋
最後來看看瀑布附近的波紋。
仔細觀察的話，可以看到非常像「繞射光柵」的條紋圖案。
所謂繞射光柵，是一種表面有大量細小刻痕的光學器材，可以像稜鏡一樣把光分成不同顏色。
CD或DVD背面會閃閃發出彩虹色光芒，其實也是同樣原理。
當瀑布落下的水滴規律地拍打水面時，就會持續產生等間距的波，而這些波彼此重疊之後，便形成了漂亮的干涉條紋。
不管是光，還是水，只要是「波」，就會產生干涉現象。
這種自然界驚人的一致性，真的會讓人看得起雞皮疙瘩。
物理，其實一直都在我們身邊
大家也一起來尋找生活中的物理吧！
另外，我也做了很多關於惠更斯原理的模擬教材，有興趣的話也很推薦參考看看。
不論是泳池、瀑布，還是雨後的小水窪——波浪其實一直都存在於我們周圍。
如果試著用「物理的眼睛」重新看一次熟悉的風景，你會發現，原本平凡的世界，突然變得完全不一樣。
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